摘要：随着配电网的迅速发展，电缆长度大量增加，系统的接地电容电流越来越大，达到很大的量值，有的系统接地电容电流甚至超过 300A，这就给原来以架空线为主的配电网带来了新的课题。其中一个重要的问题就是配电线路单相接地点故障电流增大，不易熄弧，从而引发故障扩大和设备过电压、绝缘损坏等问题。为此，原来普遍采用的中性点不接地方式已经不再适用于大部分配电网，特别是城市配电网。有的大城市已局部将配电网的中性点不接地系统改为小电阻接地系统，以消除电弧过电压，减少异相接地的发生。也有的改为大电阻接地系统，以消除谐振过电压的危害。但是大部分配电网仍采用经消弧线圈补偿的谐振接地方式。
关键词：配电网；单相接地故障；主辅式消弧线圈
1配电网谐振接地方式概述
中华人民共和国电力行业标准 DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》里规定 3kV～10kV 不直接连接发电机的系统和 35kV、66kV 系统，当单相接地故障电容电流不超过下列数值时，应采用不接地方式；当超过下列数值又需在接地故障条件下运行时，应采用消弧线圈接地方式：a）3kV～10kV 钢筋混凝土或金属杆塔的架空线路构成的系统和所有 35kV、66kV 系统，10A。b）3kV～10kV 非钢筋混凝土或非金属杆塔的架空线路构成的系统，当电压为：1）3kV 和 6kV 时，30A；2）10kV 时，20A。c）3kV～10kV 电缆线路构成的系统，30A。理论分析和长期的运行经验表明，消弧线圈接地方式有如下优点[3-5]：a．使残流易于熄灭。消弧线圈的电感电流补偿了电网的接地电容电流，限制接地故障电流的破坏作用，使残余电流的接地电弧易于熄灭，同时抑制了电弧的扩散范围，电网单相接地后仍能继续运行一段时间（规程允许运行 2 小时），使运行人员有充足的时间查明原因。b．降低故障点恢复电压初速度。经消弧线圈接地后，能使故障点流过的电流减小，可降低恢复电压的初速度和幅值，避免接地电弧的重燃并使之彻底熄灭，抑制了弧光接地过电压，防止或减小了因单相接地故障而引起多相接地或相间短路事故的概率，提高了系统的可靠性。c．可以抑制 PT 引起的铁磁谐振，还可以有效防止 PT 高压爆保险的现象。因为消弧线圈电感 Lx 与电压互感器励磁电感 Lp 相比，要小得多，相差好几个数量级，在零序回路中，Lx 和 Lp 是并联的，所以 Lp 几乎被 Lx 短接，这使得接地故障消失后线路上的电容电荷不会通过电压互感器释放，因此不会引起过电压和过电流。d．经消弧线圈接地，减小了接地电流，从而创造了配电网电磁兼容环境。输电线路电磁场对通讯与信号系统的干扰问题是相当严重的。每条交流输电线路的周围都建立了交变电磁场，而交变电磁场又在邻近的导体回路中感应出电压，当这种回路是位于高压输电线路附近的通信线路或信号系统时，感应出来的电压就会造成严重的干扰，甚至危及工作人员的安全或引起信号装置的误操作。消弧线圈接地方式，因消弧线圈的接入，改变了系统参数，使综合零序阻抗变得很大，从而不会引起对通讯和信号系统的干扰；而且，发生单相接地故障时接地电流的分布和故障点无关，而取决于消弧线圈的安装地点及其相对位置，可以设法调 节接地电流的分布 ，使电磁感应得以相互抵消。
2消弧线圈及其调谐方式的发展现状
随着微机技术的发展及其在中压配电网接地技术方面的应用，消弧线圈接地技术有了长足的发展，多种自动调谐消弧线圈接地装置被开发和应用。90 年代中后期，国内外先后推出了几种自动跟踪补偿消弧限压成套装置，以微机控制为核心实现了消弧线圈的自动调谐。消弧线圈自动调谐装置能自动跟踪由于配电网拓扑结构变化而引起的零序电容变化，当电网发生单相接地故障时，故障处接地电容电流被消弧线圈的电感电流有效补偿。根据消弧线圈改变电感方法的不同，可以分为四类：调匝式、调气隙式、调容式、磁饱和式等。各自的特点介绍如下。a.调匝式消弧线圈 此类消弧线圈有两种结构，一种是利用有载分接开关，调节具有多个分接头的电抗器；另一种是利用晶闸管控制各分接头之间的导通与截止。这类消弧线圈将绕组按不同的匝数，抽出若干个抽头，用开关切换，改变接入的匝数从而改变电感量。其优点是结构简单，控制方便，是目前使用最多的方案；缺点是不能实现无级连续调节，补偿效果不能达到最佳状态；有载分接开关易出机械故障，不适合频繁调节；同时采用消弧线圈串联电阻接地方式，限制了中性点位移，在单相接地发生故障时，立即短接电阻，增加了附加装置及控制的复杂性。b.调气隙式消弧线圈 调气隙式消弧线圈的工作原理是用电动机带动传动机构调节铁心气隙的大小改变磁导率，从而改变线圈的电感。从理论上讲，这种消弧线圈的电感可连续调节，但实际上因为机械惯性和电机的控制精度问题，而在工程上无法做到。且它的重复性很差。由于铁心存在可调气隙，一般说来震动和噪声较大；需要较为精密的机械传动装置，响应慢（动作时间取决于可动铁心的移动时间，可至数十秒）；有时会因脏污引起机械动作失灵；由电动机牵引，噪声很大；而且同样也须采用消弧线圈串联电阻接地方式。动圈式无级连续调节消弧线圈是调气隙式消弧线圈的变体，是通过调节活动铁芯对固定铁芯的相对位置而改变两者之间的互感，其原理和结构与动圈式感应调压器相同。这种消弧线圈也存在控制精度问题。c.调容式消弧线圈（TSC 式）TSC 式消弧线圈的基本思想是，在给出较大的电感电流的情况下，利用电容电流抵消部分电感电流，通过改变接入其中的电容器组数，达到调节补偿电流的目的。与调匝式消弧线圈一样，此种消弧线圈也是有级调节的。此外，由于通过电容来抵消电感电流，使得系统容量增大，成本增加。
3配电网消弧控制技术的研究
3.1主辅式消弧线圈的结构
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图1 主辅式消弧线圈的一次结构
图 1 中，L1为主消弧线圈，通常为带有载分接开关的调匝式消弧线圈；L2为辅消弧线圈，可以选择用较大数值的电抗；0U 为中性点位移电压；SCR 为普通晶闸管。在这种主辅式消弧线圈结构中，主消弧线圈承担主要的电容电流补偿工作，而辅消弧线圈则用来抵消主消弧线圈因档位差的关系而过补偿的那部分电流。
3.2主辅式消弧线圈的原理分析
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图2 辅消弧线圈部分的等效
将辅消弧线圈部分等效为一个电压源。正常运行时，晶闸管导通，辅消弧线圈不投入，主消弧线圈处于过补偿 15%的状态；故障发生时，根据计算出的触发角α，迅速投入辅消弧线圈，使接地电流得到全补偿。触发角α 与接地电容电流的关系推导：令'1i 为无辅消弧线圈时，流过主消的电流；'2i 为由于投入辅消而抵消掉的部分电感电流；0I 为故障后流过中性点的电感电流，CI 为所要补偿的接地电容电流。
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由上式，在已知接地电容电流的情况下，可以马上算出触发角α，从而快速投切辅消实现全补偿。实际现场中计算电容电流的方法通常是快速 E0法结合两点法，计算出来的电容电流值偏差较大，而电容电流值的准确度和精度对全补偿的效果有很大的影响。
结束语
作为一种较为领先的中性点接地方式，谐振接地方式没能得到快速推广，其中，大部分消弧线圈的调节范围有限、机构复杂、成本高是关键原因。本文提出并设计了一种更加有利于消除电力系统各种接地电弧的消弧线圈结构——主辅式消弧线圈结构。主辅式消弧线圈由主消弧线圈和辅消弧线圈组成，主消弧线圈是采用预调节模式的调匝式消弧线圈，辅消弧线圈则是一个由晶闸管并联控制的大电感，控制器部分由大功率晶闸管及其驱动、保护模块组成。晶闸管开关的快速投切实现了消弧线圈的连续调节，主、辅消弧线圈配合完成预随调的快速有效补偿，并能够实现消弧和选线一体化。
参考文献：
[1]陈章潮，唐德光.城市电网规划与改造[M]，北京：中国电力出版社，1998
[2]杨期余.配电网网络[M]，北京：中国电力出版社，1998
[3]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M]，中国电力出版社，北京，2000
论文作者:黄梦喜,余弦
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/16
标签：弧线论文; 电流论文; 电感论文; 电容论文; 故障论文; 过电压论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第27期论文;